Gli scienziati che studiano i piccoli nematodi hanno scoperto come i segreti della longevità possano essere trasmessi dai genitori alla loro prole, senza alterare il DNA. La scoperta dimostra che quando alcune strutture cellulari, chiamate lisosomi, cambiano in modo da favorire la longevità, questi benefici possono essere trasferiti dalle cellule del corpo alle cellule riproduttive. Queste informazioni sono trasportate dagli istoni, speciali proteine che aiutano a organizzare il DNA e permettono di ereditare la “memoria” di questi cambiamenti.
Come i cambiamenti nei lisosomi del verme che promuovono la longevità vengono trasferiti alle cellule riproduttive
Nel laboratorio di Wang non è insolito che i vermi vivano a lungo. Meng Wang, Senior Group Leader presso l’HHMI Janelia Research Campus, e il suo team stanno conducendo ricerche sulla longevità. Hanno dimostrato che, sovraesprimendo un enzima nei lisosomi del nematode C. elegans, possono estendere la durata della vita del verme fino al 60%. Sorprendentemente, però, il team ha scoperto che anche la progenie dei vermi senza questa modifica genetica viveva più a lungo del normale. Incrociando i loro vermi longevi con vermi “wild-type” che non sovraesprimevano l’enzima – una procedura di routine in laboratorio per eliminare le manipolazioni genetiche – hanno scoperto che anche la prole viveva più a lungo dei vermi normali. In qualche modo, i marcatori di longevità sono stati trasmessi di generazione in generazione, anche quattro generazioni dopo.
Nel nuovo studio, Wang e il suo team rivelano come i cambiamenti nei lisosomi del verme che promuovono la longevità siano trasferiti dalle cellule del corpo alle cellule riproduttive attraverso gli istoni, proteine che svolgono un ruolo chiave nell’organizzazione e nella regolazione del DNA. Nelle cellule riproduttive, questi messaggeri istonici causano cambiamenti nell’epigenoma del verme – un insieme di marcatori chimici che regolano l’espressione genica – consentendo ai cambiamenti lisosomiali di essere trasmessi di generazione in generazione senza alterare il DNA sottostante. I risultati hanno implicazioni che vanno ben oltre la longevità. I cambiamenti epigenetici possono aiutare gli organismi a far fronte a molti tipi diversi di fattori di stress ambientale – dai cambiamenti nella dieta agli agenti inquinanti allo stress psicologico – e il nuovo lavoro mostra come questi benefici possano essere trasmessi dai genitori alla loro prole. “Si è sempre pensato che l’ereditarietà avvenisse nel nucleo, ma ora dimostriamo che gli istoni possono spostarsi da un luogo all’altro e che se questi istoni presentano modifiche, significa che le informazioni epigenetiche vengono trasferite da una cellula all’altra”, spiega Wang. “Questo fornisce un meccanismo per comprendere l’effetto transgenerazionale”.
La scoperta dell’ereditarietà
I ricercatori hanno scoperto che un tipo di modifica degli istoni – un tipo di modifica epigenetica – era maggiore nei vermi longevi rispetto a quelli con una durata di vita normale. Volevano scoprire come questa modifica fosse legata ai cambiamenti lisosomiali che promuovono la longevità. Utilizzando una combinazione di strumenti genetici, trascrittomica e imaging, hanno scoperto che i cambiamenti nel metabolismo lisosomiale che influenzano la longevità dei vermi attivano una serie di processi all’interno della cellula. Questi processi innescano l’aumento di una specifica variante dell’istone che viene trasportata dal tessuto somatico o dal tessuto corporeo del verme alle sue cellule germinali o riproduttive attraverso le proteine che trasportano i nutrienti agli ovociti in via di sviluppo. Nella linea germinale, l’istone viene modificato in modo che l’informazione proveniente dal lisosoma entri nella linea germinale e possa essere trasmessa da genitore a figlio.
I ricercatori dimostrano che questo percorso si attiva durante il digiuno, portando a un cambiamento nel metabolismo lisosomiale – stabilendo così un legame tra il fenomeno fisiologico e i cambiamenti nella linea germinale. Il nuovo lavoro si aggiunge a un crescente numero di prove che dimostrano come i lisosomi, che in precedenza si pensava funzionassero solo come centri di riciclaggio della cellula, servano anche come centri di segnalazione per controllare vari processi nella cellula e ora è stato dimostrato che influenzano le generazioni. La nuova ricerca rivela anche un nuovo meccanismo per il trasporto di informazioni dalle cellule somatiche a quelle germinali attraverso gli istoni, che potrebbe aiutare a spiegare come altri tipi di informazioni ereditarie vengono trasmesse dai genitori alla prole. Fornendo un meccanismo per capire come i cambiamenti ambientali vengono trasmessi alle cellule somatiche attraverso la germellina, il nuovo lavoro potrebbe aiutare i ricercatori a comprendere meglio gli effetti transgenerazionali osservati in precedenza, come la malnutrizione di un genitore che influisce sulla sua prole.